‘กฎธรรมชาติกลายเป็น 11’: นักดาราศาสตร์พบดาวนิวตรอน 2 ดวงถูกหลุมดำกลืนกิน

'กฎธรรมชาติกลายเป็น 11': นักดาราศาสตร์พบดาวนิวตรอน 2 ดวงถูกหลุมดำกลืนกิน

สิ่งที่ดีที่สุดอย่างหนึ่งของการเป็นนักดาราศาสตร์คือการค้นพบสิ่งใหม่ๆ เกี่ยวกับจักรวาล ในความเป็นจริง สิ่งเดียวที่ดีกว่าคือการค้นพบมันสองครั้ง และนั่นคือสิ่งที่ผมและเพื่อนร่วมงานทำ โดยทำการสังเกตการณ์ 2 ครั้ง ห่างกันเพียง 10 วัน ของปรากฏการณ์ทางดาราศาสตร์รูปแบบใหม่: ดาวนิวตรอนที่ล้อมรอบหลุมดำก่อนที่จะถูกกลืนหายไป การสังเกตการณ์ทั้งสองเกิดขึ้นในเดือนมกราคม 2020 โดย Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory (LIGO) และ Virgo Observatory

ซึ่งทั้งสองแห่งตรวจจับคลื่นความโน้มถ่วงจากจักรวาลอันไกลโพ้น

หลังจาก 18 เดือนของการวิเคราะห์อย่างอุตสาหะ การค้นพบของเราได้ รับการตีพิมพ์ในวัน นี้ใน The Astrophysics Journal Letters การสังเกตการณ์ใหม่นี้เปิดช่องทางใหม่ในการศึกษาวงจรชีวิตของดวงดาว ธรรมชาติของกาลอวกาศ และพฤติกรรมของสสารที่ความกดดันและความหนาแน่นสูง

การสังเกตการณ์ระบบหลุมดำของดาวนิวตรอนครั้งแรกเกิดขึ้นเมื่อวันที่ 5 มกราคม 2020 LIGO และ Virgo ได้สังเกตคลื่นความโน้มถ่วง ซึ่งเป็นการบิดเบี้ยวในโครงสร้างของกาลอวกาศ ซึ่งเกิดขึ้นในช่วง 30 วินาทีสุดท้ายของวงโคจรที่กำลังจะตายของดาวนิวตรอนและ หลุมดำตามมาด้วยการชนที่หลีกเลี่ยงไม่ได้ การค้นพบนี้มีชื่อว่า GW200105

เพียงสิบวันต่อมา LIGO และ Virgo ตรวจพบคลื่นความโน้มถ่วงจากการชนครั้งที่สองระหว่างดาวนิวตรอนกับหลุมดำ เหตุการณ์นี้ชื่อ GW200115 การชนกันของทั้งสองเกิดขึ้นเมื่อประมาณ 900 ล้านปีก่อน นานก่อนที่ไดโนเสาร์ตัวแรกจะปรากฏตัวบนโลก

ดาวนิวตรอนและหลุมดำเป็นวัตถุที่อยู่สุดขอบจักรวาล พวกมันเป็นซากดึกดำบรรพ์ของดาวมฤตยูมวลมาก เมื่อดาวฤกษ์ที่มีมวลมากกว่าดวงอาทิตย์ถึง 8 เท่า เชื้อเพลิงหมดลง มันจะเกิดการระเบิดที่เรียกว่าซูเปอร์โนวา สิ่งที่เหลืออยู่อาจเป็นดาวนิวตรอนหรือหลุมดำก็ได้

ดาวนิวตรอนโดยทั่วไปมีมวลระหว่าง 1.5 ถึง 2 เท่าของดวงอาทิตย์ แต่มีความหนาแน่นมากจนมวลทั้งหมดของพวกมันอัดแน่นอยู่ในวัตถุขนาดเท่าเมือง ที่ความหนาแน่นนี้ อะตอมไม่สามารถดำรงโครงสร้างของมันได้อีกต่อไป และสลายตัวกลายเป็นกระแสของฟรีควาร์กและกลูออน ซึ่งเป็นส่วนประกอบสำคัญของโปรตอนและนิวตรอน

หลุมดำมีความรุนแรงมากยิ่งขึ้น ไม่มีขีดจำกัดสูงสุดว่าหลุมดำ

จะมีมวลมากน้อยเพียงใดได้ แต่หลุมดำทั้งหมดมีสองสิ่งที่เหมือนกัน: จุดที่ไม่มีทางหวนคืนที่ผิวน้ำเรียกว่า “ขอบฟ้าเหตุการณ์” ซึ่งแม้แต่แสงก็ไม่สามารถเล็ดลอดออกไปได้ และจุดที่ศูนย์กลางเรียกว่า “ภาวะเอกฐาน” ซึ่งกฎของฟิสิกส์ตามที่เราเข้าใจจะสลายไป

มันยุติธรรมที่จะพูดว่าหลุมดำเป็นปริศนา หนึ่งในจอกศักดิ์สิทธิ์ของฟิสิกส์และดาราศาสตร์ในศตวรรษที่ 21 คือการค้นหาความเข้าใจที่ลึกซึ้งยิ่งขึ้นเกี่ยวกับกฎของธรรมชาติโดยการสังเกตวัตถุที่แปลกประหลาดและสุดโต่งเหล่านี้

ดาวนิวตรอนที่โคจรรอบหลุมดำเป็นเพื่อนกันมานานแล้ว LIGO และ Virgo ตามหาพวกเขามานานกว่าทศวรรษ แต่พวกเขายังคงเข้าใจยากจนถึงตอนนี้

เหตุใดเราจึงมั่นใจมากว่าตอนนี้เราไม่เห็นระบบดังกล่าวระบบเดียว แต่เป็นสองระบบ

เมื่อ LIGO และ Virgo สังเกตคลื่นความโน้มถ่วง คำถามแรกในใจคือ ในการหาคำตอบนั้น เราใช้สองสิ่ง: ข้อมูลเชิงสังเกตของเรา และการจำลองเหตุการณ์ทางดาราศาสตร์ประเภทต่างๆ ของซูเปอร์คอมพิวเตอร์ที่สามารถอธิบายข้อมูลเหล่านั้นได้อย่างมีเหตุผล

เมื่อเปรียบเทียบการจำลองกับการสังเกตจริงของเรา เรามองหาลักษณะเฉพาะเหล่านั้นที่ตรงกับข้อมูลของเรามากที่สุด โดยพิจารณาจากลักษณะที่เป็นไปได้และแยกแยะลักษณะที่ไม่น่าจะเป็นไปได้

สำหรับการค้นพบครั้งแรก (GW200105) เราพบว่าแหล่งที่มาของคลื่นความโน้มถ่วงที่เป็นไปได้มากที่สุดคือวงโคจรสองสามวงสุดท้าย และการชนกันระหว่างวัตถุที่มีมวลประมาณ 8.9 เท่าของดวงอาทิตย์ กับวัตถุที่มีมวลประมาณ 1.9 เท่าของดวงอาทิตย์ ดวงอาทิตย์. เมื่อพิจารณาถึงมวลที่เกี่ยวข้องแล้ว คำอธิบายที่น่าเชื่อถือที่สุดคือวัตถุที่หนักกว่าคือหลุมดำ และวัตถุที่เบากว่าคือดาวนิวตรอน

ในทำนองเดียวกัน จากครั้งที่สอง (GW200115) เราพบว่าแหล่งที่มาที่เป็นไปได้มากที่สุดคือวงโคจรไม่กี่แห่งสุดท้ายและการชนกันของหลุมดำมวล 5.7 เท่าของดวงอาทิตย์กับดาวนิวตรอนมวล 1.5 เท่าของดวงอาทิตย์

ไม่มีควันบุหรี่ที่แน่ชัดว่าวัตถุที่เบากว่านั้นคือดาวนิวตรอน และโดยหลักการแล้วพวกมันอาจเป็นหลุมดำที่เบามาก แม้ว่าเราจะพิจารณาว่าคำอธิบายนี้ไม่น่าเป็นไปได้ก็ตาม สมมติฐานที่ดีที่สุดก็คือการสังเกตการณ์ใหม่ของเราสอดคล้องกับการรวมตัวของดาวนิวตรอนและหลุมดำ

การล่าฟอสซิลของดาวฤกษ์

การค้นพบของเรามีความหมายที่น่าสนใจหลายประการ ระบบหลุมดำของดาวนิวตรอนช่วยให้เราสามารถปะติดปะต่อประวัติศาสตร์วิวัฒนาการของดาวได้ นักดาราศาสตร์คลื่นความโน้มถ่วงเปรียบเสมือนนักล่าฟอสซิลของดาวฤกษ์ โดยใช้ชิ้นส่วนของดาวที่ระเบิดแล้วเพื่อทำความเข้าใจว่าดาวมวลมากก่อตัว มีชีวิต และตายอย่างไร

เราทำสิ่งนี้มาหลายปีแล้วด้วยการสังเกตการณ์ของ LIGO/Virgo เกี่ยวกับหลุมดำคู่หนึ่งและดาวนิวตรอนคู่หนึ่ง คู่ที่หายากกว่าที่เพิ่งค้นพบซึ่งมีอย่างละคู่เป็นชิ้นที่น่าสนใจของบันทึกซากดึกดำบรรพ์ของดาวฤกษ์

นับเป็นครั้งแรกที่เราวัดอัตราที่ดาวนิวตรอนรวมเข้ากับหลุมดำได้โดยตรง: เราคิดว่าน่าจะมีการชนกันเช่นนี้หลายหมื่นหรือหลายแสนครั้งทั่วเอกภพต่อปี ด้วยการสังเกตมากขึ้น เราจะวัดอัตราได้แม่นยำยิ่งขึ้น

เกิดอะไรขึ้นกับดาวนิวตรอนหลังจากที่พวกมันถูกกินหมด? ตอนนี้เรากำลังดูกฎของธรรมชาติจริง ๆ แล้วกลายเป็น 11 เมื่อดาวนิวตรอนรวมเข้ากับหลุมดำ พวกมันจะเปลี่ยนรูป ประทับข้อมูลเกี่ยวกับรูปแบบที่แปลกใหม่ของสสารบนคลื่นความโน้มถ่วงที่เราสังเกตเห็นบนโลก

สิ่งนี้สามารถเปิดเผยองค์ประกอบของดาวนิวตรอน ซึ่งจะบอกเราเกี่ยวกับพฤติกรรมของควาร์กและกลูออนที่ความดันและความหนาแน่นสูงมาก มันไม่ได้บอกเราว่าเกิดอะไรขึ้นหลังขอบฟ้าเหตุการณ์ของหลุมดำ แม้ว่าอีกแง่มุมหนึ่งของการค้นพบของเราก็คือ เราสามารถมองหาคำแนะนำของฟิสิกส์ใหม่ในหลุมดำในสัญญาณคลื่นความโน้มถ่วง

สล็อตเว็บตรง100 / ดูหนังฟรี / 50รับ100